请注意！仿真秀COMSOL流体和传热系列讲座11月24日开讲
导读：大家好，我是仿真秀专栏作者-极度喜欢上课（又叫小极老师），主要研究方向为CFD，发表COMSOL相关方向中文核心期刊论文1篇，授权发明专利7项。使用COMSOL软件4年，熟练运用微流体、两相流、流固耦合以及传热等模块。目前运营COMSOL相关的“b站账号-极度喜欢上课”，关注粉丝累计6000+。积累了一定的原创COMSOL案例，熟悉COMSOL初学者的需求。首场讲座我将围绕“热浮力流问题”的COMSOL“布辛涅斯克近似”应用相关问题进行讲解，并为参与直播在线学习的用户提供答疑服务。具体安排如下，欢迎朋友圈分享和收藏，请扫码报名观看，支持反复回看。
COMSOL流体和传热-1：“布辛涅斯克（ Boussinesq）近似”应用与用户答疑-仿真秀直播
当仿真的模型为对称的几何结构且边界条件也是沿几何对称轴对称分布的时候，在特定情况可以使用“对称”边界条件来对模型进行简化，以COMSOL中的流体力学接口为例，如图1所示，为COMSOL中的“对称”边界条件。（可能有的同学对“对称”边界条件已经很熟悉了，但还是建议完整看完本文，一定能给你新的启发和收获。）这里本人以经典的“圆柱绕流”为例，为大家讲讲“对称”边界条件。“圆柱绕流”在不同的情境下还有很多其他的别名，例如“卡门涡街”、“涡激共振”等。本例采用“层流”、“瞬态”进行模拟，左侧为空气入口，右侧为空气出口，其中空气的密度为1.29千克每立方米，动力粘度为17.9e-6Pa*s，网格采取物理场控制网格的较细化，几何如图2所示。如图3所示，为不采用“对称”边界条件，入口速度为0.05米每秒，不同时刻“圆柱绕流”的计算结果图。从图中可以看出在此工况下，速度的分布沿着几何的对称轴呈现完美的上下对称，像这种对称的几何结构且边界条件也是沿几何对称轴对称分布，最终仿真出对称的物理现象的模型，就可以用“对称”边界条件进行简化。如图4所示，为采用“对称”边界条件（当使用“对称”边界条件的时候，只需要绘制一半的几何，可以通过后处理显示完整的几何。），其余条件与上述一致的不同时刻“圆柱绕流”的计算结果图，其中前四张展示的是一半的几何结果，后四张是通过后处理之后展示的完整的几何结果。对比图3，图4所得到的结果可谓一模一样了。（在大多数情况下，“滑移壁”也能达到“对称”边界条件的效果，感兴趣的同学可以用本文“圆柱绕流”的例子自己尝试。）
现在提出一个问题，请同学思考一下“模型为对称的几何结构且边界条件也是沿几何对称轴对称分布的时候，一定能用‘对称’边界条件吗？”（同学可以把自己的想法留言一下，顺便来个点赞、收藏。）有深入了解过“圆柱绕流”的同学应该清楚知道，“对称”边界条件并不总是适用于对称几何结构和对称边界条件的模型。还是以上述的“圆柱绕流”为例子，将入口速度改为0.1米每秒，其余条件不变。如图5所示，为采用完整的几何模型和采用“对称”边界条件所仿真出来的结果。从图5可以看出，两种方法得到了两种截然不同的结果！根据“卡门涡街”生成的相关理论，应该是采用完整的几何模型所仿真出的结果才是正确的，“对称”边界条件无法完整解析沿着y轴方向的流场变化所以得到了错误的结果！
“对称”边界条件失效的情况其实很常见，如图6展示了一种简单的流体振荡器在不同时刻的流场分布情况。这个模型也是“对称几何结构和对称边界条件产生了不对称的物理现象”的典例，随着计算时间的增加，中部锥形扩张管的流体呈规律性的上下摆动，就像一条挥舞的“水鞭”。在这个案例中“水鞭”的产生涉及到“科恩达效应”，也叫“ 康达效应”或“附壁效应”。
从上述的例子中可以看出，并不是说只要是对称的几何结构和对称的边界条件的模型就一定能用“对称”边界条件，还需要注意的是模型必须要产生对称的物理现象。所以同学们在做一个新的模型的时候，一定要事先评估一下模型可能产生的现象，需要多翻翻参考文献或其他资料，在无法对自己的模型做出准确判断的时候下不建议先入为主的使用“对称”边界条件或其他可能会对模型产生错误解析的简化方法。一些关于COMSOL仿真的简化技巧以及注意事项同学们可以从本人之前发布的一套免费教学视频中学习。声明：原创文章，部分图片和内容转自网络，如有不当请联系我们，欢迎分享，禁止私自转载，转载请联系我们。获赞 10755粉丝 22246文章 3797课程 233
